Logo GenDocs.ru


Поиск по сайту:  


Дипломная работа - Система автоматического управления двухвальным ГТД с селектором - файл PZ.doc


Дипломная работа - Система автоматического управления двухвальным ГТД с селектором
скачать (837.1 kb.)

Доступные файлы (15):

PZ.doc3027kb.07.02.2007 16:58скачать
Аннотация.doc44kb.21.06.2006 11:52скачать
Ведомость документов.bak
Ведомость документов.spw
Доклад.doc24kb.21.06.2006 22:48скачать
Заключение.doc31kb.20.06.2006 22:59скачать
Приложение.doc29kb.21.06.2006 03:18скачать
selnewmax.mdl
Передаточные функции.doc33kb.20.06.2006 02:46скачать
Принципиальная схема.cdw
Структурная схема NEW.cdw
Схема управления реал.cdw
Содержание.doc52kb.21.06.2006 11:50скачать
Спецификация.spw
Список литературы.doc25kb.21.06.2006 21:55скачать

содержание

PZ.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
1.Введение. Обзор литературы, формулировка проблемы и методов ее решения.


Развитие и совершенствование авиационных двигателей невозможно без систем автоматического управления. Объясняется это, с одной стороны, сложностью рабочих процессов, протекающих в двигателях, а с другой – необходимостью оптимизации этих процессов для получения приемлемых удельных характеристик (удельные расход топлива и тяга, заданная надежность и другие), определяющих совершенство двигателя.

Системы автоматического управления (САУ) двигателями должны удовлетворять ряду требований, важнейшими из которых являются:

  • обеспечение необходимого качества регулирования по основным параметрам рабочего процесса

  • выдерживание оптимальных параметров рабочего процесса, при которых получаются приемлемые удельные характеристики

  • защита двигателя от недопустимых рабочих режимов

  • обеспечение требуемой надежности двигателя и согласование характеристик двигателя с характеристиками летательного аппарата

Эти требования, хотя и противоречивые, должны быть удовлетворены комплексно.

Эффективность СУ зависит прежде всего от ее удельных показателей (удельной тяги, удельной массы и удельного расхода топлива) и от эксплутационных высотно-скоростных и дроссельных характеристик на форсажных и бесфорсажных режимах.

В действительных условиях эксплуатации режим работы СУ часто и в широком диапазоне изменяется. Изменение режима и поддержание его мог бы осуществлять летчик, воздействуя на силовую установку. Для этого ему потребовались бы приборы, сообщающие информацию о задачах и результатах управления в любой момент времени, рычаги для приведения в действие управляющих органов и знание законов управления. Летчик непрерывно должен был следить за измерительными приборами, определять величины управляемых параметров, сравнивая, сравнивая эти величины с заданными значениями, принимать решения о направлении перемещения рычагов для ликвидации возникающих рассогласований.

Однако сложность СУ как объекта управления, специфические особенности газодинамических и тепловых процессов, происходящих в управляемом объекте, случайность действующих на него возмущений, которые быстро изменяются во времени в широком диапазоне, занятость экипажа в полете переработкой информации, необходимой для выполнения поставлено задачи, делают невозможным качественное ручное управление СУ. Решать задачу управления СУ в таких условиях возможно только средствами автоматики, которые позволяют свести функции управления лишь рычага управления двигателем (РУД).




    1. ^ Силовые установки и принцип их работы


Силовая установка (СУ) состоит из двигателей (один или несколько) с их системами управления, запуска, топливопитания, а также входных и выходных устройств для реверса тяги и движителей в виде воздушных винтов. Двигатель составляет основу СУ, которая предназначена для создания необходимой для полета ЛА тяги.

Современные СУ ЛА строятся на базе реактивных двигателей. Реактивным называют двигатель, тяга которого представляет собой силу реакции потока продуктов сгорания топлива, получающего ускорение в самом двигателе и вытекающего из него в окружающую среду со скоростью, большей скорости полета.

Все реактивные двигатели делятся на два основных класса: воздушно-реактивные и ракетные двигатели.

Воздушно-реактивные двигатели (ВРД) – это двигатели, в которых химическая реакция окисления топлива осуществляется за счет кислорода атмосферного воздуха. В свою очередь ВРД можно разделить на прямоточные (или бескомпрессорные) воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) и газотурбинные двигатели (ГТД). В данном проекте будет использоваться газотурбинный двигатель.

В ПВРД воздух из входного устройства подается непосредственно в камеру сгорания. При этом сжатие воздуха осуществляется в воздухозаборнике за счет скоростного напора. ПВРД предназначены как для сверхзвуковых полетов при М=2..3 (СПВРД), так и для гиперзвуковых скоростей при М=6..7 (ГПВРД).




Рис. 1.1. Двухвальный двигатель


В ГТД для сжатия воздуха, поступающего в камеру сгорания, служит компрессор с приводом от газовой турбины. ГТД подразделяются на турбореактивные двигатели (ТРД) и турбовинтовые (ТВД).

Основными элементами одновального ТРД являются: входная часть двигателя, компрессор, камера сгорания, газовая турбина, реактивное сопло. Внешний воздух, сжатый в компрессоре, поступает в камеру сгорания, куда через форсунки подается топливо. Газы, образующиеся в результате сгорания топлива, протекают через турбину, приводя ее во вращение, и затем пройдя через реактивное сопло, вытекают с большой скоростью в атмосферу в сторону, противоположную направлению полета, тем самым создавая реактивную тягу.

Для увеличения тяги ТРД часто снабжают дополнительными камерами сгорания, которые располагаются за турбиной и называются форсажными. Сжигание дополнительного количества топлива в форсажной камере приводит к росту температуры газов и скорости их истечения, а следовательно, к росту тяги двигателя ТРДФ.

Разновидностью ТРД являются двухвальные двигатели. У них имеются два каскада компрессора, каждый из которых приводится во вращения от своей турбины. В двигателях такой схемы можно получить более широкую область устойчивых режимов работы компрессора, так как каждый из каскадов работает с меньшей степенью повышения давления воздуха по сравнению с одновальным двигателем.

В ТВД большая часть энергии газов используется в турбине. Турбина приводит во вращение компрессор и винт двигателя. Оставшаяся часть энергии газов используется, как и в ТРД, для создания реактивной тяги. Таким образом, тяга двигателя слагается из тяги, развиваемой винтом (около 90 % от общей тяги двигателя), и реактивной тяги (около 10 %). При небольших дозвуковых скоростях полета (до М=0,6..0,8) ТВД обладает более высокими экономическими показателями, чем ТРД. ТВД могут быть выполнены по двухвальной схеме. В этом случае одна турбина используется для вращения компрессора, вторая – для вращения винта.

В двухконтурных ТРД, или, как их еще называют, турбовентиляторных двигателях, имеются два воздушных контура. Первые низконапорные ступени компрессора работают как вентиляторы, создавая дополнительную тягу. В этих двигателях используются преимущества ТВД на низких скоростях полета благодаря применению вентиляторного контура и преимущества ТРД во внутреннем контуре на больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета.

Работа двигательной установки характеризуется величиной удельного расхода топлива и тяги величиной . Так как при регулировании ГТД затруднительно непосредственно измерить тягу и удельный расход топлива, то в качестве регулируемых используются другие параметры рабочего процесса, замер которых организовать легче. Эти параметры режима должны выбираться из условия получения заданных значений и , например максимальных значений или минимальных значений . Такими параметрами для ТРД являются частота вращения вала турбокомпрессора и температура газов в камере сгорания. Зависимость и от и показана на рис. 1.2.






(а) (б)


Рис.1.2. Характеристика ТРД


В качестве управляющих воздействий используется расход топлива в камере сгорания и - площадь сечения сопла. В данной работе будет использоваться как управляющее воздействие расход топлива. Изменяя расход, можно воздействовать как на температуру, так и на частоту вращения. Приведенные параметры ГТД выражаются через , и его физические параметры с помощью следующих соотношений:



(1.1)

.

Здесь , - давление за компрессором и расход воздуха через него; - степень повышения давления в компрессоре.


    1. ^ Математические модели силовых установок.


Получим уравнения движения силовых установок с различными типами ГТД как объектов управления при малых отклонениях режима работы от исходного установившегося. Применив преобразования Лапласа и Фурье к линеаризованным дифференциальным уравнениям, можно будет определить динамические характеристики СУ в виде передаточных функций и частотных характеристик.

Для двухвального ТРД уравнения движения роторов турбокомпрессоров высокого и низкого давлений при неизменных внешних условиях запишутся следующим образом:





После линеаризации и введения относительных величин приходим к следующей системе дифференциальных уравнений:

(1.2)

Здесь















Отметим, что

Система (2) может быть записана в векторно-матричной форме



где -векторы входных и выходных координат; матрицы полиномов от параметра дифференцирования :



Приравнивания к нулю определитель матрицы получим характеристическое уравнение объекта управления



В все коэффициенты характеристического уравнения положительны, что определяет устойчивость двухвального ТРД как объекта управления.

Приведем более полную модель двухвального ТРД для

и

Система уравнений “вход-выход”:

(1.3)

Из (3) получаем передаточную матрицу двухвального ТРД



(1.4)

Как следует из (4), выходной сигнал по переменным зависит не только от входного сигнала, но также от его первой и второй производных.

Замена на в передаточной матрице ГТД позволяет перейти к динамическим характеристикам силовых установок в виде частотных характеристик, которые дают информацию о полосе пропускания объекта управления по всем каналам прохождения регулирующих и возмущающих воздействий.

Частотные характеристики двухвального ТРД имеют протекание, близкое к звену первого порядка. Характеристика показывает несколько большую инерционность двигателя по каскаду низкого давления относительно каскада высокого давления, что является типичным для двигателей двухвальной схемы.

2. Теоретическое обоснование структуры и функциональных свойств технического объекта


^ 2.1. Системы автоматического управления силовыми установками.


Силовая установка включает в себя ГТД, реактивное сопло и воздухозаборник, и соответственно в САУ СУ будем различать регуляторы расходов основного и форсажного топлива, направляющих аппаратов компрессора и вентилятора, регулируемого сопла и воздухозаборника. На рис.2.1. приведена схема регулирования двухвального двигателя.




Рис. 2.1. Схема САУ двухвального ТРД.


Входными параметрами СУ является тяга и мощность, подводимая к винту, которые и определяют энерговооруженность ЛА и ряд других его характеристик.

Основными для ГТД являются дроссельная и высотно-скоростные характеристики. Первая показывает зависимость тяги и других внутридвигательных параметров от частоты вращения, вторые -зависимость тяги двигателя от высоты и скорости полета и являются существенными при согласовании характеристик самолета и двигателя.

При выборе законов управления режимами ГТД следует учитывать ограничения, связанные с его живучестью. Сюда относятся ограничения по предельно допустимым параметрам: температуре газов, частотам вращения валов турбокомпрессора, максимальному и минимальному значениям ускорений и т. д.

На Рис. 2.2. показана область допустимых режимов работы ГТД. Кроме того, есть ряд параметров, которые определяют степень оптимальности режима работы, близость к границам устойчивости. Таким параметром, например является скольжение роторов S двухвальных ГТД, определяемое как отношение частот вращения роторов высокого и низкого давлений. В процессе разгона и дросселирования двигателя величина скольжения изменяется, что приводит к изменению запасов газодинамической устойчивости.

Законы управления силовой установкой выбирают исходя из назначения летательного аппарата, особенностей его эксплуатации. Обычно требования к статической и динамической точности регулиролвания параметров силовой установки определяются по степени их влияния на экономичность, тягу и ресурс.



Рис.2.2. Область допустимых режимов работы ГТД:

1- ограничение ; 2 – граница газодинамической устойчивости; 3 – граница устойчивой работы двигателя на режимах минимальной тяги; 4 – граница устойчивого горения в камере сгорания; 5 – линия установившихся режимов двигателя.

Например, поддержание температуры газов с погрешностью приводит к потере 1%. Рассуждая аналогично, для остальных параметров можно сформулировать следующие требования к точности работы САУ СУ:

погрешность частоты вращения турбокомпрессора должна быть не более 0,2%;

погрешность поддержания приведенной частоты вращения – не более 0,5%;

температура газа на максимальном режиме – с погрешностью менее 0,5%;

значение суммарной степени повышения давления воздуха за компрессором – с допуском не более 1%;

переход двигателя с режима “малый газ” на “максимальный режим” – за время не более 5с;

при переходных процессах заданные величины использования располагаемых запасов газодинамической устойчивости должны поддерживаться с допуском не менее 5 %;

заданная величина минимального снижения суммарного коэффициента избытка воздуха в форсажной камере сгорания должна поддерживаться с допуском менее 1,5%;

перерегулирование в переходном процессе, вызванное возможными возмущениями, на максимальном режиме работы двигателя не должно быть больше 1%.

Эти и другие требования формулируются более точно при конкретной разработке САУ.

При управлении двигателем на максимальных режимах в задачу САУ входит обеспечение максимальной тяги при надежной температурной и прочностной защите. Поэтому для контроля состояния двигателя измеряют частоту и амплитуду вибрации и другие параметры. Чаще всего строятся ограничители с воздействием на расход топлива. На переходных режимах в электронных системах управления используется ограничение приведенного ускорения частоты вращения или комплекта параметров, обеспечивающего требуемое протекание процессов запуска, разгона и дросселирования. На крейсерских режимах используется один из законов управления расходом топлива: и т. д.

Параметры двигателя на различных высотах и скоростях полета изменяются в широком диапазоне. Изменяя законы управления по H и M полета, можно получить лучшие характеристики по реактивной тяге, чем используя только один из них.

Для управления режимами работы основного контура ГТД широко используется замкнутые САУ частотой вращения с применением всережимных регуляторов с астатизмом 1-го порядка. Такие регуляторы позволяют получить достаточно высокое качество переходных процессов во всем диапазоне условий эксплуатации. Структурная схема САУ частотой вращения приведена на рис. 2.3



Рис. 2.3. Структурная схема САУ частотой вращения ГТД.


Для двигателей многовальных схем регулировать частоту вращения можно по каскадам высокого и низкого давлений. При этом динамика по контуру регулирования высокого давления остается практически такой же, как и для двигателя одновальной схемы. Объясняется это тем, что динамические свойства двигателей многовальных схем относительно частоты вращения каскада высокого давления описываются передаточной функцией, как для ТРД одновальной схемы.

(2.1)

где - коэффициенты усиления двигателя и регулятора; постоянные времени двигателя и регулятора.

Передаточная функция замкнутой системы по управляющему воздействию

(2.2)

Передаточная функция двигателя по каналу низкого давления имеет вид

(2.3)


Если в канале регулирования использовать изодромный регулятор, то характеристическое уравнение замкнутой системы имеет четвертый порядок. В общем случае область устойчивости системы с регулятором несколько меньше, чем с регулятором

Известны САР ГТД воздействующие на один регулирующий фактор - расход топлива в камере сгорания ГТД, содержащие измерители входных параметров, элементы сравнения и исполнительный механизм, причем сигнал с регулятора температуры газа непосредственно действует на настройку регулятора частоты вращения ротора ГТД.

Недостатком такой схемы является уменьшение запасов устойчивости, уменьшение допустимых коэффициентов усиления в канале управления, ухудшение статической и динамической точности регуляторов при совместной работе каналов. Для устранения отрицательного влияния взаимодействия регуляторов на характеристики САР с одним регулирующим фактором применяют системы, которые помимо каналов управления и регулирования содержат еще и селектор, позволяющий исключить зону совместной работы регуляторов и тем самым улучшить характеристики системы в целом.

Селекторы обеспечивают во всех условиях работы системы воздействие на регулирующий фактор только одного регулятора, включаемого в работу в зависимости от режима работы двигателя. В этом случае каждый из каналов управления работает автономно, и его параметры могут выбираться без учета взаимодействия с другими регуляторами. Обычно применяется принцип селектирования, согласно которому регулируется параметр двигателя, наиболее приблизившийся к величине, определяемой задающим воздействием регулятора (программой регулирования). Например, при управлении ГТД путем изменения расхода топлива в основную камеру сгорания на максимальных режимах работы двигателя, для того, чтобы все регулируемые параметры не превысили максимально допустимых значений (ограничение сверху), селектор должен пропустить на управление дозирующим устройством сигнал, соответствующий получению минимальной величины GT . Классифицируя по требуемой величине регулирующего фактора, такое селектирование называют селектированием по минимуму, а селектор - селектором минимальных сигналов управления (селектор min). С помощью селектирования по минимуму определяется очередность выполнения программ регулирования nmax=const, T4*=const, программы регулирования при приемистости и ряда других. Если же ограничивают минимальные значения параметров (ограничения снизу), то предпочтение отдается регулятору параметра, для поддержания которого требуется наибольший расход топлива, то есть осуществляется селектирование по максимуму (селектор max). Такой принцип применяется для согласования с регуляторами сброса газа, ограничения снизу расхода топлива.

Применение селекторов, устраняющих зону совместной работы, позволяет сохранить статическую точность и запасы устойчивости регулирования, свойственные автономным регуляторам параметров. Взаимодействие каналов управления при этом сохраняется на переходных режимах, характер которых зависит от программ регулирования, способов селектирования и динамических свойств регуляторов.

Наиболее близкой к требуемым характеристикам является САР ГТД, содержащая в своем составе измерители частоты вращения n, температуры газа за турбиной T4*, регуляторы этих параметров, селектор минимума, исполнительное устройство, воздействующее на расход топлива GТ ГТД.

Структурная схема САУ представлена на рисунке 2.4, где Pn , PT - регуляторы частоты вращения и температуры соответственно; Сел. min - селектор минимума; ИУ - исполнительное устройство; ГТД - газотурбинный двигатель; Иn, ИT - измерители частоты вращения и температуры газа соответственно.




Рис.2.4. САУ ГТД с селектором.


Работа селектора минимума описывается выражением:

(2.4)

или с учетом разности входных сигналов:

= U1 - U2

следующим образом:

.

Передаточные функции разомкнутых каналов:

WI (p)=Wn(p)WИУ(p)Hn(p)WИn(p);

WII (p)=WT(p)WИУ(p)HT(p)WИT(p).

Причем возможно, что:

WI(p)=WII(p)=W(p).

ГТД имеет различные динамические характеристики по выходным параметрам относительно расхода топлива, а именно:

по частоте вращения ротора передаточная функция ГТД

;

по температуре газа за турбиной передаточная функция ГТД

,

где - коэффициент передачи по n; - коэффициент передачи по T4*;

A(p), B(p), D(p) - полиномы, зависящие от конструктивных особенностей ГТД.

Порядок полинома ^ А(p) на единицу меньше порядка полинома D(p), а порядок полинома B(p) равен порядку полинома D(p). Следовательно, как видно из передаточных функций Hn(p) и HT(p) газотурбинный двигатель является инерционным звеном по частоте вращения и практически безинерционным по температуре газа

Передаточная функция исполнительного устройства:


, (2.5)

где КИУ - коэффициент передачи ИУ; ТИУ- постоянная времени ИУ, то есть, исполнительное устройство является изодромным звеном.

При этом:

;

,

где ^ К1 - коэффициент передачи цепи: исполнительное устройство - ГТД по частоте вращения ротора; К2 - коэффициент передачи цепи: исполнительное устройство - ГТД по температуре газа; Т2 - постоянная времени цепи: исполнительное устройство - ГТД по температуре газа.

Для получения необходимого качества регулирования частоты вращения и температуры газа, регуляторы этих параметров должны иметь следующие передаточные функции:

передаточная функция регулятора частоты вращения ротора ГТД:

, (2.6)

передаточная функция регулятора температуры газа:

, (2.7)

где Kn - коэффициент передачи регулятора частоты вращения; KT - коэффициент передачи регулятора температуры газа; TT = T2 - постоянная времени регулятора температуры газа.

Поведение UТ, а следовательно, и Т4* представлено на рисунке 2.5. Как видно из рисунка данная САР имеет низкую динамическую точность и заброс по температуре газа за турбиной Т4*. Для устранения этого недостатка, который заметно снижает ресурс ГТД, в структурную схему САР ГТД необходимо ввести корректирующие цепи, обеспечивающие более раннее переключение селектора на канал температуры и устранение заброса.






Рис. 2.5. САУ с корректирующим устройством и без него.


Устранение заброса по температуре газа в данной САР осуществляется путем коррекции задающего воздействия, поступающего на вход регулятора температуры, причем эта коррекция осуществляется только при работе САР в режиме регулирования частоты вращения, а в режиме регулирования температуры газа она выключается, не нарушая тем самым работу регулятора.

На основе изученной информации, можно сделать вывод, что существует множество видов систем регулирования ГТД, но принцип их построения и функционирования мало, чем отличаются один от другого. На основе этих принципов и будет проектироваться данная система. Она будет аналого-цифровая. Т.е. система измерения будет цифровой, а система регулирования аналоговой. Это объясняется тем, что аналоговые устройства более надежны, но цифровые более точны. Система измерения может быть преобразована в систему управления путем добавления ЦАП в обратную связь и перепрограммированием микропроцессора.


^ 2.2. Структурная схема и ее описание


Структурная схема будет иметь вид как в приложении 1. Структурная схема состоит из трех блоков:

  1. Блок регулирования

а. регуляторы частот вращения роторов низкого и высокого давлений, температуры.

б. датчики частоты вращения роторов высокого и низкого давлений, а также температуры газов за турбиной высокого давления.

в. электронный селектор минимума

г. электронный селектор максимума.

д. блок ограничения .

е. исполнительное устройство.

  1. Резервная система индикации

а. ключ.

б. частотомер.

в. индикаторы.

  1. Система измерения и индикации

а. коммутатор.

б. аналого-цифровой преобразователь.

в. микропроцессор

г. преобразователь в интерфейс RS-232.

д. монитор


^ 2.3. Описание работы схемы и составляющих ее устройств.


Схема представляет собой систему автоматического регулирования и отображения информации, с резервной системой отображения информации для повышения надежности для двух вального двигателя. Расход топлива регулируется по трем каналам, это канал частоты вращения роторов высокого и низкого давлений, а также канал регулирования температуры газов за ротором высокого давления. Датчики снимают сигналы соответствующие им и передают их на регуляторы. Причем формирование установочного значения происходит в зависимости от и . Далее с помощью селектора минимума исключается взаимное влияние трех каналов. Селектор максимума предотвращает тушение пламени в камере сгорания. Далее сигнал поступает на исполнительное устройство электромагнитного типа, которое управляет расходом топлива, а следовательно частотой вращения и температурой.

Система измерения представляет собой микропроцессорную систему. Коммутатор коммутирует аналоговые сигналы и передает его на аналого-цифровой преобразователь, далее сигнал обрабатывается микропроцессором и выдается на экран.

Резервная система индикации частоты вращения включает в себя ключ, который позволяет экономить место, частотомер, индикаторная система отображения информации.


3^ . ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТА НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.


3.1. Канал регулирования частоты.


Канал регулирования частоты вращения состоит из регулятора частоты вращения, собранного на операционных усилителях DA1, DA2, DA3.Операционный усилитель DA2 является элементом сравнения, а значение задающего воздействия подается на DA1.



Рис. 3.1 Модуль регулятора частоты вращения


^ 3.2 Расчёт операционного усилителя


Схема операционного усилителя показана на рисунке 3.2





Рис. 3.2


На выходе усилителя необходимо получить амплитуду минимального напряжения равную 2 В.

(т.е. Uвых=Uвых maxОУ=2 (В).

Возьмём операционный усилитель 140УД24.

Коэффициент усиления по напряжению будет равен:

=1000;



Пусть R1=50 Ом, тогда R2=50кОм. Знак «-» указывает то, что ОУ охватывает ООС, поэтому его можно не учитывать. Рассчитаем R3 ,как параллельное соединение R1 //R2 . R3 50 Ом. Выберем номиналы резисторов R1 , R2, R3 из ряда Е192. Данный усилитель подходит нам по частотному диапазону от 400(Гц.) до 4000(Гц.).


^ 3.3 Измерители частоты вращения (тахометры).


В качестве датчиков используются индукционные преобразователи.

Приборы, предназначенные для измерения частоты вра­щения, называются тахометрами. Тахометры применяются для из­мерения частоты вращения вала двигателя и его агрегатов. По ве­личине частоты вращения можно судить о тяге и о динамической и тепловой напряженностях.

Типы индукционных преобразователей. Индукционные преобразователи, в качестве естественной входной величины имеют скорость механического перемещения и поэтому непосредственно могут применяться в приборах для измерения скорости линейных или угловых перемещений.

Примерами подобного использования индукционных преобразователей являются датчики приборов для измерения скорости вращения валов (тахометры), представляющие собой небольшие генераторы постоянного тока, а также датчики приборов для измерения вибраций, т. е. приборов

для измерения переменных во времени линейных и угловых перемещений и ускорений. Так как выходное напряжение индукционных преобразователей пропорционально скорости вибрации подвижной части, то для получения напряжения, пропорционального пути (амплитуде вибраций) или ускорению, выходное напряжение индукционного преобразователя подвергается интегрированию и дифференцированию с помощью интегрирующих или дифференцирующих цепей или усилителей.

По принципу действия индукционные преобразователи можно разделить на две группы. В преобразователях первой группы магнитное сопротивление на пути постоянного магнитного потока остается неизменным, а индуктированная Э. Д. С. наводится в катушке благодаря линейным и угловым колебаниям катушки в зазоре магнита. При этом в некоторых практических конструкциях катушка остается неподвижным, а перемещается магнит. В преобразователях второй группы как постоянный магнит, так и катушка неподвижны, а индуктированная Э. Д. С. наводится путем изменения магнитного потока вследствие колебаний полного магнитного сопротивления магнитной цепи, создаваемых чаще всего изменением воздушного зазора в этой цепи. Преобразователи второй группы подходят заданным параметрам данного курсового проекта. В преобразователях первой группы магнитный поток не изменяется, и расчет магнитной цепи и Э.Д.С. преобразователя производится обычными приемами расчета постоянных магнитов.

В преобразователях второй группы необходимо учитывать переменную составляющую магнитного потока, обусловленную изменением во времени магнитного сопротивления потоку, а также влияние поверхностного эффекта на ее распределение.

Если наибольшее изменение магнитного потока равно



Где F-магнитодвижущая сила магниты, а Rm и (Rm+ΔRm)-крайние значения магнитного сопротивления, т.е. без зуба и с зубом. Тогда действующее значение потока равно



А Э.Д.С.

(3.1)





Рис. 3.2

Рисунок, поясняющий принцип работы датчика с индукционным преобразователем.


На валу укреплен стальной зуб, который при вращении вала проходит мимо зазора неподвижно установленной магнитной системы с постоянным магнитом, уменьшая магнитное сопротивление этой системы согласно кривой Rm. При этом в катушке, надетой на магнит, наводятся импульсы Э.Д.С., примерная форма которых показана кривой е.

Независимо от качества выполнения системы, старения магнита, расстоянием между валом и магнитом и любых других факторов частота выходных импульсов в герцах всегда будет в точности равна числу оборотов вала в секунду.

Максимальная частота таких датчиков не превышает нескольких сотен герц, поэтому они работают с аналоговым измерительным устройством типа конденсаторного частотомера. Для получения более высоких частот, при которых становится оправданным использование цифровых частотомеров, целесообразно строить датчик в виде реактивного генератора с зубчатым ротором.


^ 3.4. Проектирование и расчет датчика.


Датчик частоты вращения предназначен для выдачи электрических импульсов напряжения, частота следования которых пропорциональна угловой скорости вращения вала авиадвигателя. Датчик работает совместно с индуктором, который является неотъемлемой частью двигателя и в состав датчика не входит.

Принцип действия датчика заключается в индуцировании электрических импульсов напряжения в обмотке датчика за счет изменения сопротивления магнитной цепи при вращении, индуктора под торцом датчика.

Датчик частоты вращения (рис.3.3) состоит из катушки 1, постоянного магнита 2, корпуса 3 и штепсельного разъема 4.

Датчик является генератором электрических импульсов напряжения и работает следующим образом: при вращении индуктора каждый из его зубьев проходит в непосредственной близости от торца датчика, результатом чего является возникновение ЭДС, индуцируемой в катушке датчика.




Рис. 3.3 Датчик


Частота импульсов напряжения, снимаемая с датчика, соответствует частоте прохождения зубьев мимо его торца, зависит от частоты вращения индуктора и, следовательно, вала двигателя.




Рис. 3.4

Рассчитаем параметры катушки

Выберем провод по ГОСТ 7262-70, из ряда стандартов выбираем провод ПЭВ-1. Диаметр провода d=0.08(мм.) Катушка имеет следующие геометрические размеры: D0=8(мм.), DНАР=15(мм.), d0=5(мм.), d1=7(мм.), D=18(мм.), h=10(мм.), H=15(мм.).

1)Внутренний диаметр обмотки (периметр)

2)Радиальная толщина обмотки

3)Количество витков в одном слое

4)Количество слоев

5)Общее количество витков

6)Средняя длина витка

7)Длина всей намотки провода

8)Сечение провода катушки

9)Активное сопротивление катушки

где -удельное сопротивление меди,

тогда R=551(кОм)

Максимальная частота на выходе датчика:. Где z-число зубьев ротора, n-количество оборотов в минуту. Минимальная

Максимальное выходное напряжение на выходе датчика будет 2(В.), минимальное 0.002(В). Необходим усилитель.


^ 3.5. Канал регулирования температуры.


Модель регулятора температуры газа за турбиной ГТД выполнена на ОУ DA5, DA6, DA7.





Рис. 3.5 Канал регулирования T.


В качестве датчиков применяются термоэлектрические термометры. Термоэлектрические термометры применяются для дистанционного измерения температуры в широких пределах, как для общетехнических, так и специальных измерений. В качестве датчиков используются термопары, а в качестве указателей – магнитоэлектрические гальванометры

Действие термоэлектрического термометра основано на явлении возникновения электродвижущих сил в цепи, составленной из двух разнородных проводников (Эффект Зеебека).

Эффект Зеебека состоит в том, что в электрической цепи, составленной из разных проводников, возникает термоэдс, если места контактов поддерживаются при разных температурах. Если цепь замкнута, то в ней течет электрический ток (так называемый термоток ), причем изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления

Направление термотока определяется следующим образом: в нагретом спае ток течет от металла с меньшим значением a к металлу, у которого коэффициент термоэдс больше. Например, для термопары железо (М1) - константан (М2) абсолютные коэффициенты термоэдс соответственно равны: a1 = +15.0 мкВ/К (для железа) и a2= -38.0 мкВ/К (для константана). Следовательно, ток в горячем спае направлен от константана к железу (от М2 к М1).


^ 3.6. Выбор и принцип работы термопары


Наиболее важной технической реализацией эффекта Зеебека в металлах является термопара - термочувствительный элемент в устройствах для измерения температуры. Термопара состоит из двух последовательно соединенных пайкой или сваркой разнородных металлических проводников М1 и М2. В сочетании с электроизмерительными приборами термопара образует термоэлектрический термометр, шкала которого градуируется непосредственно в К или °С. 



Рис. 3.5. Термопара


На рис. 3.5 показаны схемы включения термопары в измерительную цепь: 

Погрешности и методы компенсации.

Термоэлектрические термометры имеют следующие погрешности:

- температурные методические погрешности (изменение температуры холодного спая)

- температурные инструментальные погрешности (изменение параметров указателя и электрической цепи при изменении температуры окружающей среды)

- погрешности от паразитных ТЭДС

- погрешности от неполного контакта приемника с окружающей средой.

- погрешности от влияния посторонних магнитных полей.

Компенсация методической температурной погрешности осуществляется биметаллическим компенсатором, воздействующим на упругость противодействующей пружины, подбором характеристик термопар, как это сделано в термометрах типа ТВГ, применением специальных электрических схем компенсации.

Погрешности от паразитных ТЭДС компенсируются правильным подбором характеристик соединительных проводов. Например, соединительные провода делают из тех же сплавов, что и термопары.

Погрешности от влияния магнитных полей устраняются экранированием магнитной системы указателя.

Т
ермоэлектрический термометр состоит из термопары, соединительной цепи и гальванометра (рис. 14), d, lэ –диаметр и длина электродов

Рис. 3.6 Схема термометра


.
  1   2   3

Реклама:





Скачать файл (837.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru
Разработка сайта — Веб студия Адаманов